薄板坯浸入式水口結(jié)構(gòu)及材質(zhì)的開(kāi)發(fā)研究.pdf

1、浸入式水口是薄板坯連鑄工藝的核心技術(shù)，本文從薄板坯連鑄用浸入式水口結(jié)構(gòu)、水口本體材料、內(nèi)襯材料和渣線材料等方面進(jìn)行了研究。通過(guò)數(shù)值物理模擬對(duì)某鋼廠連鑄試驗(yàn)平臺(tái)薄板坯連鑄用浸入式水口結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，考察了水口側(cè)孔傾角、側(cè)孔面積和水口底部開(kāi)孔對(duì)結(jié)晶器流場(chǎng)的影響。為提高浸入式水口本體材料的強(qiáng)度，改善其熱震穩(wěn)定性，研究了原料配比、粒度級(jí)配和添加劑對(duì)其性能的影響。采用碳熱和鋁熱還原法分別合成了C-B4C和ZrB2-Al2O3復(fù)合粉體，研究了原

2、料配比、合成溫度對(duì)合成粉體的影響，并對(duì)粉體的形成機(jī)理進(jìn)行了探討。同時(shí)，將實(shí)驗(yàn)所合成的C-B4C和ZrB2-Al2O3復(fù)合粉體添加到水口本體材料中，考察了其對(duì)水口本體材料性能，特別是熱震穩(wěn)定性和抗氧化性能的影響，并研究了其作用機(jī)理。另外，采用化學(xué)共沉淀、低溫燃燒合成和固相反應(yīng)法合成了活性鎂鋁尖晶石粉體，考察了反應(yīng)條件對(duì)合成粉末的影響，并將其作為添加劑加入到水口內(nèi)襯材料中，研究了其對(duì)鎂鋁尖晶石質(zhì)水口內(nèi)襯材料燒結(jié)性能的影響。本文還采用溶膠-凝

3、膠法合成了ZrB2粉體，考察了其作為添加劑對(duì)ZrO2-C渣線材料抗渣侵蝕性能的影響。主要研究結(jié)果如下:
　　(1)通過(guò)數(shù)值物理模擬對(duì)水口結(jié)構(gòu)進(jìn)行了模擬研究。結(jié)果表明，采用三孔水口可以有效地起到對(duì)側(cè)孔分流的作用，不僅可以減小液面波動(dòng)，而且不會(huì)產(chǎn)生較大的沖擊深度。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試生產(chǎn)，該水口澆鑄的鑄坯質(zhì)量良好。
　　(2)通過(guò)考察原料配比、添加劑、粒度級(jí)配對(duì)浸入式水口本體鋁碳質(zhì)材料性能的影響，結(jié)果表明，隨著石墨含量的增大，鋁碳材料的抗

4、氧化性能下降，熱震穩(wěn)定性能提高。B4C的添加能有效提高材料抗氧化性能。隨著粒度分布系數(shù)q值的減小，試樣的熱震穩(wěn)定性呈先增大后減小的趨勢(shì)。當(dāng)鋁碳質(zhì)浸入式水口本體材料中石墨質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在25％，粒度分布系數(shù)q控制在0.44左右，單一添加B4C或復(fù)合添加B4C與SiC時(shí)，其綜合性能最佳。
　　(3)采用炭黑和硼酸為原料，通過(guò)碳熱還原反應(yīng)可制備出亞微米及納米尺寸的炭黑部分石墨化的C-B4C復(fù)合粉體。隨著合成溫度的升高，C-B4C復(fù)合粉體中

5、炭黑的石墨化度增大，B4C的含量相對(duì)減少，B4C的粒徑增大。隨著硼酸加入量的增大，C-B4C復(fù)合粉體中B4C相對(duì)百分含量以及體系的石墨化度均增大。將其加入到鋁碳材料中時(shí)，可顯著提高鋁碳材料的熱震穩(wěn)定性和抗氧化性能。
　　(4)當(dāng)原料ZrOCl2·8H2O、H3BO3和Al粉的摩爾比為3∶9∶15或3∶6∶20時(shí)，合成ZrB2的產(chǎn)出率較高，且當(dāng)摩爾比為3∶6∶20時(shí)，殘留的金屬Al可以協(xié)同發(fā)揮其抗氧化效果。當(dāng)采用以上配方在Al2O3

6、-C耐火材料中原位合成ZrB2時(shí)，由于鋁熱反應(yīng)在試樣中形成孔洞，試樣的常規(guī)物理性能有一定程度地下降。將ZrB2-Al2O3復(fù)合粉體添加到鋁碳材料中，材料的熱震穩(wěn)定性可得到顯著提高。
　　(5)通過(guò)采用化學(xué)共沉淀、低溫燃燒和固相反應(yīng)法合成鎂鋁尖晶石粉體，研究了合成工藝條件對(duì)合成粉體的影響。結(jié)果表明，以單一碳酸銨或碳酸銨與氨水復(fù)合溶液為沉淀劑時(shí)，化學(xué)共沉淀法可以制備出納米尺寸且粒度均勻的鎂鋁尖晶石粉體。采用低溫燃燒合成時(shí)，當(dāng)以尿素為燃

7、料，可獲得納米尺寸的鎂鋁尖晶石粉體，而以檸檬酸為燃料，則不能合成結(jié)晶程度好的鎂鋁尖晶石粉體。另外，采用固相反應(yīng)法只能制備微米級(jí)的粉體。
　　(6)當(dāng)添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)2％的實(shí)驗(yàn)所合成納米鎂鋁尖晶石粉到鎂鋁尖晶石質(zhì)耐火材料中時(shí)，可提高其燒結(jié)性能。同時(shí)，添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)2％的TiO2，可在較低溫度下制得具有較高致密度和強(qiáng)度的鎂鋁尖晶石材料。
　　(7)以ZrOCl2·8H2O、酚醛樹(shù)脂和H3BO3為原料，采用溶膠-凝膠法合成了ZrB2粉體